DE102016201964A1

DE102016201964A1 - Determining a deceleration torque of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine generator-operable electric machine

Info

Publication number: DE102016201964A1
Application number: DE102016201964.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Mehringer; Joerg Maas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10
Also published as: WO2017137131A1; CN108702127A; EP3414832A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments (M) einer mit einem Freilauf (111) an eine Brennkraftmaschine (112) gekoppelten elektrischen Maschine (114), die die Schritte Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer Drehzahl (n_Gen) der elektrischen Maschine (114), Ermitteln eines Freilaufphasen (Ph_Fl) aufweisenden Betriebszustands der elektrischen Maschine (114), Ermitteln des Verzögerungsmoments M_gen der elektrischen Maschine durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl (n_Gen) der elektrischen Maschine (114) in der Freilaufphase (Ph_Fl) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Recheneinheit (118), die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogramm.The invention relates to a method for determining a deceleration torque (M) of an electric machine (114) coupled to a freewheel (111) to an internal combustion engine (112), comprising the steps of detecting a time profile of a rotational speed (n _Gen ) of the electric machine (114 ), Determining a freewheeling phase (Ph _Fl ) having operating state of the electric machine (114), determining the deceleration torque M _{gen of} the electric machine by evaluating the temporal change of the rotational speed (n _Gen ) of the electric machine (114) in the freewheeling phase (Ph _Fl ) having. Furthermore, the invention relates to a corresponding computing unit (118), which is set up to carry out the method, and to a corresponding computer program.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine, sowie eine Recheneinheit, vorzugsweise einem Regler für eine elektrische Maschine, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining a deceleration torque of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine, and a computing unit, preferably a controller for an electric machine, and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Zur Regelung der Bordnetzspannung in Fahrzeugen, können elektrische Maschinen, insbesondere fremderregte elektrische Maschinen, verwendet werden. Diese weisen einen Regler auf, der in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung den Erregerstrom der elektrischen Maschine regelt. To regulate the vehicle electrical system voltage in vehicles, electrical machines, in particular externally excited electrical machines, can be used. These have a controller which regulates the excitation current of the electric machine as a function of the vehicle electrical system voltage.

Eine möglichst genaue Kenntnis des durch eine elektrische Maschine aufgenommenen Drehmoments, ist grundsätzlich von allgemeinem Interesse, insbesondere um eine Steuerung einer die elektrische Maschine antreibende Brennkraftmaschine entsprechend zu regeln. Die Kenntnis dieser Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine, ist jedoch auch von speziellem Interesse, insbesondre dann, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem regelungstechnisch gesehen kritischen Betriebszustand, wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand befindet. Im Leerlaufzustand kann das durch die elektrische Maschine aufgenommene Drehmoment in Spitzen sehr hohe Werte annehmen, wobei die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, bzw. das hiermit verbundene Drehmoment eher gering bzw. schwankend ist, was erhebliche Drehzahlinstabilitäten der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann. Im Extremfall kann dies sogar dazu führen, dass der Generator mit seinem Drehmoment die Verbrennungsmaschine ‚abwürgt‘, also die Drehung der Brennkraftmaschine zum Erliegen bringt. Dies hängt damit zusammen, dass der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nur pulsartig abgibt, also jeweils in den Arbeitstakten. In den Zwischenphasen kann der Verbrennungsmotor sein Drehmoment nicht steuern.The most accurate possible knowledge of the torque absorbed by an electric machine is generally of general interest, in particular in order to regulate accordingly a control of an internal combustion engine driving the electric machine. The knowledge of this torque absorption of the electric machine, however, is also of special interest, in particular when the internal combustion engine is in a control-critical operating condition, such as the idle state. In the idle state, the torque absorbed by the electric machine in tips can assume very high values, the power output of the internal combustion engine or the associated torque being rather small or fluctuating, which can result in considerable speed instabilities of the internal combustion engine. In extreme cases, this can even lead to the generator with its torque, the combustion engine, 'stalled', that brings the rotation of the engine to a halt. This is due to the fact that the internal combustion engine only outputs its torque in a pulse-like manner, ie in each of the power strokes. In the intermediate phases, the internal combustion engine can not control its torque.

Um das zu vermeiden, ist eine möglichst exakte Ermittlung des Verzögerungsmoments der an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine erforderlich. In order to avoid this, it is necessary to determine as accurately as possible the deceleration torque of the electric machine coupled to an internal combustion engine.

Hierzu sind aus dem Stand der Technik, Drehmomentermittlungsverfahren bekannt, die über eine Erfassung des Erregerstroms einer elektrischen Maschine und dessen Drehzahl das Anliegen des Drehmoments schätzen. Hierbei handelt es sich jedoch um ein eher umständliches und für manche Anwendungen nicht ausreichend genaues Verfahren, da neben dem Erregerstrom und der Drehzahl zusätzliche Verlustleistungsbestandteile der elektrischen Maschine in das Verfahren eingehen, die entweder geschätzt oder mittels eines Models aufwendig berechnet werden müssen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 100 401 112 A1 beschrieben.For this purpose, torque detection methods are known from the prior art, which estimate the presence of the torque via a detection of the excitation current of an electrical machine and its speed. However, this is a rather cumbersome and not sufficiently accurate for some applications method, since in addition to the excitation current and the speed additional power loss components of the electric machine enter into the process that must be either estimated or elaborately calculated by means of a model. Such a method is for example in the DE 100 401 112 A1 described.

Ist nachfolgend allgemein von einer elektrischen Maschine die Rede, kann es sich hierbei auch um eine generatorisch und/oder motorisch betreibbare elektrische Maschine handeln, beispielsweise um einen sogenannten Startergenerator.If an electrical machine is generally referred to below, this can also be an electric machine which can be operated as a generator and / or motor, for example a so-called starter generator.

Es wäre daher vorteilhaft, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Ermitteln des Drehmoments der elektrischen Maschine dahingehend weiter zu entwickeln, dass ein Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine mit geringerem Aufwand und höherer Genauigkeit ermittelbar ist. It would therefore be advantageous to further develop the method known from the prior art for determining the torque of the electric machine so that a deceleration torque of the electric machine can be determined with less effort and higher accuracy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.The invention relates to a method for determining a deceleration torque of an electric machine coupled to a freewheel to an internal combustion engine, as well as to a computing unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das Verfahren dient zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments einer mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine typischerweise fest verbunden und an deren Kurbelwelle, beispielsweise mittels eines Riementriebs, gekoppelt sein kann. Durch die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann je nach Betriebszustand der elektrischen Maschine von der Brennkraftmaschine Drehmoment auf die elektrische Maschine übertragen werden. Seitens der elektrischen Maschine steht dem Drehmoment der Brennkraftmaschine ein Verzögerungsmoment entgegen, das insbesondere im Leerlaufzustand überwunden werden sollte, um den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht zu beinträchtigen.The method is used to determine a deceleration torque of a coupled to a freewheel to an internal combustion engine electric machine. The electric machine can be driven by the internal combustion engine, wherein the electric machine with the internal combustion engine typically fixedly connected and can be coupled to the crankshaft, for example by means of a belt drive. Due to the coupling between the electric machine and the internal combustion engine, depending on the operating state of the electric machine, the internal combustion engine can transmit torque to the electric machine. On the part of the electric machine, the torque of the internal combustion engine is counteracted by a deceleration moment, which should be overcome, in particular in the idling state, in order not to impair the operation of the internal combustion engine.

Um das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine zu ermitteln, wird ein zeitlicher Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine erfasst. Das Erfassen der Drehzahl der elektrischen Maschine kann grundsätzlich durch einen Drehzahlgeber, beispielsweise an der Welle der elektrischen Maschine oder auf Basis eines Phasensignals der elektrischen Maschine, aber auch anhand von Daten, die von einem Motorsteuergerät erfasst wurden, ermittelt werden.In order to determine the respective deceleration torque of the electric machine, a time profile of the rotational speed of the electric machine is detected. The detection of the rotational speed of the electric machine can in principle by a speed sensor, for example on the shaft of the electric machine or on the basis of a phase signal of the electric machine, but also on the basis of data, which have been detected by an engine control unit, are determined.

Im Anschluss wird ein Freilaufphasen aufweisender Betriebszustand der elektrischen Maschine ermittelt. Die Ermittlung eines derartigen Betriebszustands kann ebenfalls entweder durch aus dem Generator erhaltenen Daten oder aus Daten des Motorsteuergeräts ermittelt werden. Bei einer Freilaufphase handelt es sich um einen Zustand, bei der der Freilauf, über den die elektrische Maschine an die Brennkraftmaschine gekoppelt ist, aktiv ist. Der Freilauf ist dann aktiv, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine übersteigt. Die Freilaufphasen als solche können mit den zuvor genannten Maßnahmen ebenfalls erfasst werden.Subsequently, a freewheeling phases exhibiting operating state of the electric machine is determined. The determination of such an operating state can likewise be determined either by data obtained from the generator or by data from the engine control unit. A freewheeling phase is a state in which the freewheel, via which the electric machine is coupled to the internal combustion engine, is active. The freewheel is active when the speed of the electric machine exceeds the crankshaft speed of the internal combustion engine. The freewheeling phases as such can also be detected with the aforementioned measures.

Im Anschluss hieran wird das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine durch Auswerten der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine in der Freilaufphase ermittelt. Following this, the deceleration torque of the electric machine is determined by evaluating the time change of the rotational speed of the electric machine in the freewheeling phase.

Es wurde erkannt, dass das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine basierend auf einfachen physikalischen Größen nur dann ermittelbar ist, wenn die elektrische Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Dies ist bei einer Zwangskopplung der elektrischen Maschine mit einer Brennkraftmaschine, beispielsweise über ein Riementrieb, insbesondere dann der Fall, wenn das jeweilige Koppelelement über einen Freilauf an die elektrische Maschine angreift und sich der Freilauf in einem entsprechenden Freilaufzustand befindet. Somit lässt sich durch die Auswertung der zeitlichen Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine im Freilaufzustand das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine im jeweiligen Betriebszustand der elektrischen Maschine auf sehr einfache Art und Weise ermitteln.It has been recognized that the deceleration torque of the electric machine can only be determined based on simple physical variables when the electric machine is decoupled from the internal combustion engine. This is in a forced coupling of the electric machine with an internal combustion engine, for example via a belt drive, in particular the case when the respective coupling element engages via a freewheel to the electric machine and the freewheel is in a corresponding freewheeling state. Thus, by evaluating the time change of the rotational speed of the electric machine in the freewheeling state, the respective retarding torque of the electric machine in the respective operating state of the electric machine can be determined in a very simple manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Drehzahl der elektrischen Maschine aus zumindest einem Phasensignal der elektrischen Maschine, insbesondere einer Phasenspannung und/oder einem Phasenstrom der elektrischen Maschine, ermittelt. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die Drehzahl direkt aus bereits in der elektrischen Maschine zur Verfügung stehenden Messgrößen ermittelt werden kann, ohne dass hierzu ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Drehzahlsensor, der die Drehzahl der Maschine bestimmt oder ein Signal einer externen Recheneinheit, beispielsweise eines Motorsteuergerätes herangezogen werden muss, um die Drehzahl der elektrischen Maschine zu ermitteln.In a preferred embodiment, the rotational speed of the electric machine is determined from at least one phase signal of the electric machine, in particular a phase voltage and / or a phase current of the electric machine. This refinement is advantageous since the rotational speed can be determined directly from measured variables already available in the electrical machine, without requiring a further sensor, for example a rotational speed sensor which determines the rotational speed of the machine or a signal of an external computing unit, for example an engine control unit must be used to determine the speed of the electric machine.

Es ist weiter bevorzugt, dass das Erfassen der Drehzahl mittels eines Reglers der elektrischen Maschine ausgeführt wird. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass kumulativ oder alternativ das Ermitteln der die Freilaufphasen aufweisenden Betriebszustände der elektrischen Maschine bzw. der Freilaufzustände als solche und das Ermitteln des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine ebenfalls mittels des Reglers der elektrischen Maschine bewirkt werden. It is further preferred that the detection of the rotational speed is carried out by means of a controller of the electric machine. Furthermore, it is preferred that cumulative or alternatively determining the operating states of the electric machine or the free-wheeling states having the freewheeling phases as such and determining the deceleration torque of the electrical machine are likewise effected by means of the controller of the electrical machine.

Der Regler ist hierbei baulich in die elektrische Maschine integriert oder an der elektrischen Maschine angeordnet. Das Ausführen der jeweiligen Verfahrensschritte im Regler der elektrischen Maschine ist vorteilhaft, da es zur Durchführung der einzelnen Schritte bzw. des gesamten Verfahrensablaufs nicht zwingend einer Kommunikationsleitung, zum Beispiel einer LIN-Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einer externen Einheit beispielsweise einem Motorsteuergerät, bedarf. Die elektrische Maschine und der damit verbundene Regler sind somit grundsätzlich dazu eingerichtet, einzelne Schritte des Verfahrens bzw. das gesamte Verfahren völlig autark von einer externen Recheneinheit durchzuführen.The controller is structurally integrated into the electric machine or arranged on the electric machine. The execution of the respective method steps in the controller of the electric machine is advantageous because it does not necessarily to carry out the individual steps or the entire process flow a communication line, for example, a LIN connection between the electric machine and an external unit such as an engine control unit. The electrical machine and the associated controller are thus basically configured to carry out individual steps of the method or the entire method completely autonomously from an external computing unit.

Es versteht sich jedoch, dass eine solche Verbindung zwischen dem Regler der elektrischen Maschine und einer externen Einheit, insbesondere eines Motorsteuergeräts, durchaus vorgesehen sein kann, um die in dem Verfahren ermittelten Verzögerungsmomente der elektrischen Maschine an das Motorsteuergerät weiterzuleiten, so dass das Motorsteuergerät die Regelung der Brennkraftmaschine entsprechend auf das Verzögerungsmoment des Generators anpassen kann, um einen möglichst störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.However, it is understood that such a connection between the controller of the electric machine and an external unit, in particular an engine control unit, may well be provided to forward the determined in the method delay moments of the electric machine to the engine control unit, so that the engine control unit, the control the internal combustion engine can adapt to the deceleration torque of the generator in order to allow trouble-free operation of the internal combustion engine.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße verändert. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße vor dem Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine verändert wird, da hierdurch auf sehr einfache Art und Weise die Freilaufphasen aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl ermittelbar sind.In a further preferred embodiment of the method, a manipulated variable influencing the deceleration torque is changed. In this case, it is particularly advantageous if the manipulated variable influencing the deceleration torque is changed before the chronological progression of the rotational speed of the electric machine is detected, since in a very simple manner the freewheeling phases can be determined from the time profile of the rotational speed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Erfassen der von der Änderung der das Bremsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße abhängigen Zeitbereiche der Drehzahl ermittelt. In a further preferred embodiment of the invention, the freewheeling phase of the electric machine is determined by detecting the time ranges of the rotational speed which are dependent on the change of the manipulated variable influencing the braking torque of the electrical machine.

Es versteht sich jedoch, dass die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße auch zeitlich zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl erfasst werden kann, um das zuvor bezeichnete Ziel bzw. noch nachfolgend beschriebene Ziele zu erreichen. Bei der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße handelt es sich vorzugsweise um den Erregerstrom der elektrischen Maschine. Es versteht sich jedoch, dass auch andere das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgrößen verändert werden können, um die zuvor bzw. nachfolgend beschriebenen Wirkungen zu erreichen.It is understood, however, that the manipulated variable influencing the decelerating torque can also be detected in time for detecting the time profile of the rotational speed in order to achieve the previously described target or targets described below. The manipulated variable influencing the deceleration torque is preferably around the exciting current of the electric machine. However, it is understood that other manipulated variables influencing the decelerating torque can also be changed in order to achieve the effects described above or below.

In einer Freilaufphase der elektrischen Maschine hängt dessen Drehzahländerung bzw. Drehzahlgradient maßgeblich mit dem Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine zusammen. Durch ein Verändern einer das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße kann sehr sicher eine Freilaufphase der elektrischen Maschine erkannt werden, da in erster Näherung die Drehzahl nur in den Freilaufphasen vom Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine abhängig ist, wohingegen die Drehzahl in der Phase in der die elektrische Maschine durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, nicht nennenswert durch das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflusst wird. Dies gilt jedoch nur, solange das Verzögerungsmoment keine Werte erreicht, die ausreichen, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine nennenswert zu beeinflussen. Hierbei kann das Ausmaß der Drehmomentbeaufschlagung entsprechend gewählt werden bzw. entsprechende Schwellenwerte bei der Erfassung vorgesehen sein.In a freewheeling phase of the electric machine whose speed change or speed gradient is significantly related to the deceleration torque of the electric machine. By changing a delay variable influencing the manipulating variable, a freewheeling phase of the electric machine can be very reliably detected, as in first approximation, the speed depends only on the freewheeling phases of the decelerating torque of the electric machine, whereas the rotational speed in the phase in which the electric machine by the Internal combustion engine is driven, not significantly affected by the deceleration torque of the electric machine. However, this only applies as long as the deceleration torque does not reach values sufficient to significantly influence the operating state of the internal combustion engine. In this case, the extent of the torque application can be selected accordingly or corresponding threshold values can be provided during the detection.

Ein weiterer vorteilhafter Effekt einer Veränderung, der das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ist darin zu sehen, dass hier gezielt maschinenseitige Parameter, die direkten Einfluss auf das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine haben und ihrerseits vom Erregerstrom abhängig sind, entsprechend variiert werden können. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die das Verzögerungsmoment beeinflussende Stellgröße auf einen Minimalwert, vorzugsweise auf null, reduziert wird. Hierdurch können alle vom Erregerstrom abhängigen Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, die direkt Einfluss auf dessen Verzögerungsmoment haben, für die Zeit der Reduzierung der Stellgröße auf einen Minimalwert bzw. auf null reduziert bzw. auf null gesetzt werden. Alle nicht vom Erregerstrom abhängigen Verlustleistungskomponenten, wie zum Beispiel die Verlustleistung bedingt durch einen Lüfter der elektrischen Maschine bzw. durch Lagerverluste, können hierdurch direkt zugänglich gemacht und bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass sich hierdurch Schädigungen bzw. Defekte des Lagers und/oder des Lüfters der elektrischen Maschine ermittelbar sind. Zudem kann bei Kenntnis der jeweiligen Beiträge zum Verzögerungsmoment von Lüfter bzw. Lager auf das Verzögerungsmoment des Freilaufs geschlossen werden. A further advantageous effect of a change, the manipulated variable influencing the deceleration torque, can be seen in the fact that specifically machine-side parameters, which have a direct influence on the deceleration torque of the electrical machine and are themselves dependent on the excitation current, can be varied accordingly. In this case, it is particularly preferred if the manipulated variable influencing the decelerating torque is reduced to a minimum value, preferably to zero. As a result, all of the excitation current dependent power loss components of the electric machine, which have a direct influence on its deceleration torque, for the time of reduction of the manipulated variable to a minimum value or to zero are reduced or set to zero. All power dissipation components which are not dependent on the excitation current, such as, for example, the power loss due to a fan of the electrical machine or due to bearing losses, can thereby be made directly accessible and determined. This has the advantage that as a result damage or defects of the bearing and / or the fan of the electric machine can be determined. In addition, it can be concluded on knowledge of the respective contributions to the deceleration torque of the fan or bearing on the deceleration torque of the freewheel.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der elektrischen Maschine in einer Freilaufphase mit einem typischen gespeicherten zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine in einer Freilaufphase, insbesondere bei gleichen oder vergleichbaren Betriebsbedingungen, ein Defekt der elektrischen Maschine ermittelt werden. Hierbei können insbesondere Defekte der elektrischen Maschine ermittelt werden, die direkten Einfluss auf die Freilaufphase haben. Hierzu zählen beispielsweise Defekte des Freilaufs und/oder Effekte des Lagers der elektrischen Maschine. In a further preferred embodiment of the method can be determined by comparing the time course of the rotational speed of the electric machine in a freewheeling phase with a typical stored time profile of the rotational speed of the electric machine in a freewheeling phase, especially at the same or comparable operating conditions, a defect of the electric machine , In particular, defects of the electric machine can be determined here, which have a direct influence on the freewheeling phase. These include, for example, defects of the freewheel and / or effects of the bearing of the electric machine.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Änderung der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine beeinflussenden Stellgröße getaktet. Eine Taktung der Stellgröße, insbesondere des Erregerstroms, ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Taktfrequenz und die Amplitude der Stellgröße derart gewählt werden kann, dass anhand des Taktmusters eine Freilaufphase sehr einfach durch Ermitteln des signifikanten Musters ermittelbar ist. Des Weiteren kann hierbei durch die Wahl der Amplitude und der Repetitionsrate der Taktung ein nachteiliger Einfluss dieser Änderung der Stellgröße, beispielsweise auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine bzw. auf eine Störung der in das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingespeisten Energie, minimiert werden. In a further preferred refinement, the change of the manipulated variable influencing the deceleration torque of the electrical machine takes place clocked. A timing of the manipulated variable, in particular of the excitation current, is particularly advantageous, since in this way the clock frequency and the amplitude of the manipulated variable can be chosen such that a freewheeling phase can be determined very simply by determining the significant pattern on the basis of the clock pattern. Furthermore, this can be minimized by the choice of the amplitude and the repetition rate of the timing disadvantageous influence of this change in the manipulated variable, for example, on the smoothness of the internal combustion engine or a disturbance of the energy fed into the electrical system of a motor vehicle.

Es ist weiter bevorzugt, dass die Taktfrequenz größer, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor 2 größer als eine Frequenz der oszillierenden Drehzahlschwankung der Brennkraftmaschine ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da in den abfallenden Drehzahlflanken der durch die Brennkraftmaschine bewirkten oszillierenden Drehzahlschwankungen typischerweise der Freilauf aktiv ist. Durch die Wahl der Taktfrequenz kann somit das Tastverhältnis derart eingestellt werden, so dass die Freilaufphasen im zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine sicher auflösbar sind. It is further preferred that the clock frequency is greater, more preferably at least by a factor of 2 greater than a frequency of the oscillating speed fluctuation of the internal combustion engine. This refinement is particularly advantageous since typically the freewheel is active in the falling speed flanks of the oscillating speed fluctuations caused by the internal combustion engine. By choosing the clock frequency thus the duty cycle can be adjusted so that the freewheeling phases in the time course of the rotational speed of the electric machine can be safely resolved.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Freilaufphase der elektrischen Maschine durch Erfassen eines Zeitintervalls der Drehzahl aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl, wobei das Zeitintervall ein Drehzahlmaximum, eine Drehzahlminimum und eine Zwischendrehzahlmaximum und Drehzahlminimum angeordnete abfallende Drehzahlflanke aufweist, und durch Erfassen eines für den Freilaufzustand charakteristischen Verhaltens der Drehzahl der elektrischen Maschine im Zeitbereich der abfallenden Drehzahlflanke ermittelt werden. Dieses Verfahren zum Ermitteln einer Freilaufphase der elektrischen Maschine kann entweder kumulativ oder alternativ zum zuvor beschriebenen Verfahren, bei dem die Freilaufphase durch eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment beeinflussenden Stellgröße ermittelt wird, verwendet werden. Bei einer kumulativen Verwendung bieten sich die Vorteile, dass die aus den jeweiligen Ermittlungsverfahren ergebenden Ergebnisse verglichen und die jeweilige Freilaufphase auf redundanter Basis ermittelbar ist, was eine sichere Bestimmung einer Freilaufphase deutlich erhöht. Bei einer alternativen Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens kann eine Ermittlung der Freilaufphase auf besonders einfache Art und Weise lediglich durch die Verlaufsbestimmung des zeitlichen Drehzahlverhaltens der elektrischen Maschine ermittelt werden, ohne dass hierbei zusätzlich noch eine weitere Stellgröße verändert werden muss. In a further preferred embodiment of the method, the free-running phase of the electric machine by detecting a time interval of the rotational speed from the time profile of the rotational speed, wherein the time interval has a maximum speed, a minimum speed and an intermediate speed maximum and minimum speed arranged falling speed edge, and by detecting one for the Freewheel state characteristic behavior of the speed of the electric machine in the time range of the falling speed edge can be determined. This method for determining a freewheeling phase of the electric machine can be used either cumulatively or alternatively to the previously described method in which the freewheeling phase is determined by a change in a manipulated variable influencing the decelerating torque. Cumulative use has the advantages of comparing the results obtained from the respective investigations and the respective freewheeling phase can be determined on a redundant basis, which significantly increases a reliable determination of a freewheeling phase. In an alternative use of the method described above, a determination of the freewheeling phase can be determined in a particularly simple manner only by the course determination of the temporal speed behavior of the electric machine, without this in addition still another manipulated variable must be changed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer Ermittlung der Freilaufphase, wird das Zeitintervall derart gewählt, dass dieses zusätzlich noch eine aufsteigende Drehzahlflanke aufweist, wobei die Freilaufphase durch Vergleich der aufsteigenden Drehzahlflanke und der absteigenden Drehzahlflanke ermittelt wird. Das Drehzahlverhalten einer über ein Freilauf an eine Brennlaufmaschine gekoppelten elektrischen Maschine weist typischerweise einen asymmetrischen Verlauf auf, wobei die Drehzahlflanken, die mit einer Antriebsphase der elektrischen Maschine korreliert sind, deutlich steiler verlaufen als die abfallenden Drehzahlflanken, die mit der Freilaufphase korreliert sind. Aus diesem charakteristischen Verlauf kann ebenfalls ein Freilaufzustand der elektrischen Maschine sicher und besonders einfach ermittelt werden. In a further advantageous embodiment of a determination of the freewheeling phase, the time interval is selected such that this additionally has an ascending speed edge, wherein the freewheeling phase is determined by comparing the ascending speed edge and the descending speed edge. The speed behavior of an electric machine coupled via a freewheel to a firing machine typically has an asymmetrical course, wherein the rotational speed flanks, which are correlated with a drive phase of the electric machine, are significantly steeper than the falling speed flanks, which are correlated with the freewheeling phase. From this characteristic course, a free-wheeling state of the electric machine can also be determined safely and particularly easily.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann der Freilaufzustand der elektrischen Maschine durch Vergleich der Drehzahl der elektrischen Maschine und der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Durch ein Vergleich der Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kurbelwellendrehzahl, im Vergleich mit der Drehzahl der elektrischen Maschine lässt sich anhand der Drehzahldifferenz besonders einfach feststellen, wann die elektrische Maschine eine Freilaufphase aufweist. Die Information über die Kurbelwellendrehzahl kann beispielsweise auf einem Motorsteuergerät bezogen und an die elektrische Maschine, insbesondere deren Regler mittels einer Kommunikationsverbindung, insbesondere einer LIN-Verbindung ermittelt werden. Es ist möglich entweder mit hoher zeitlicher Auflösung die Drehzahl zu übermitteln und damit zeitgenau zu erfassen, zu welchen Zeitpunkten eine Drehzahldifferenz zwischen der übertragenen und der selbst, beispielsweise in der Recheneinheit der elektrischen Maschine ermittelten Drehzahl auftritt. Es ist aber auch möglich in einer niedrigeren Zeitbasis den gemittelten Drehzahlwert zu übertragen. Wenn dieser gemittelte Drehzahlwert von dem selbst bestimmten gemittelten Generatordrehzahlwert abweicht, so muss ein Freilaufzustand teilweise vorhanden sein, der immer in den Phasen des Drehzahlabfalls aktiv ist.In a further advantageous embodiment of the method, the free-running state of the electric machine can be determined by comparing the rotational speed of the electric machine and the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine. By comparing the rotational speed of the internal combustion engine, in particular the crankshaft speed, in comparison with the rotational speed of the electric machine can be particularly easy to determine based on the speed difference, when the electric machine has a freewheeling phase. The information about the crankshaft speed, for example, based on an engine control unit and to the electric machine, in particular their controller by means of a communication connection, in particular a LIN connection can be determined. It is possible either with high temporal resolution to transmit the speed and thus to detect precisely at what times a speed difference between the transmitted and the self-determined, for example, in the arithmetic unit of the electric machine speed occurs. But it is also possible to transmit the averaged speed value in a lower time base. If this averaged speed value deviates from the self-determined averaged generator speed value, then a free-wheeling state must always be partially present, which is always active in the phases of the speed drop.

Die zuvor beschriebenen Verfahren zur Erkennung eines Freilaufzustands können kombiniert, jedoch aber auch in Alleinstellung verwendet werden.The previously described methods for detecting a freewheeling state can be combined, but also used alone.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine durch Ermitteln einer mechanischen Leistung, die aus dem Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine und deren Drehzahl ermittelt wird, und dem in Verhältnis setzen der mechanischen Leistung mit einer elektrischen Leistung der elektrischen Maschine ermittelt werden. Eine direkte Ermittlung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine, die von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, scheitert üblicherweise daran, dass das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine als solches nicht ermittelbar ist. Somit muss um den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zu ermitteln ein Zustand gefunden werden, in dem die elektrischen Maschine von der Brennkraftmaschine entkoppelt ist und antriebsfrei ausläuft. Ein solcher Zustand ist im Freilaufzustand der elektrischen Maschine gegeben, wodurch auf besonders einfache Art und Weise der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine ermittelbar ist. In a further preferred embodiment of the invention, in a further method step, an efficiency of the electric machine by determining a mechanical power, which is determined from the deceleration torque of the electric machine and the speed thereof, and the ratio of the mechanical power with an electrical power of the electrical Machine to be determined. A direct determination of the efficiency of the electric machine, which is driven by the internal combustion engine, usually fails because the drive torque of the internal combustion engine as such can not be determined. Thus, in order to determine the efficiency of the electrical machine, a state has to be found in which the electrical machine is decoupled from the internal combustion engine and runs out without drive. Such a state is given in the freewheeling state of the electric machine, whereby the efficiency of the electric machine can be determined in a particularly simple manner.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung manifestiert sich in einer Recheneinheit, insbesondere eines Reglers für eine elektrische Maschine, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß der vorstehenden Ausführungen auszuführen.A further advantageous embodiment of the invention manifests itself in a computing unit, in particular a controller for an electrical machine, which is set up to carry out a method according to the above statements.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1a zeigt eine über einen Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine, in schematischer Darstellung; 1a shows a coupled via a freewheel to an internal combustion engine electric machine, in a schematic representation;

1b zeigt einen exemplarischen Verlauf der elektrischen Leistung, der mechanischen Leistung sowie des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Drehzahl; 1b shows an exemplary course of the electrical power, the mechanical power and the deceleration torque of an electric machine as a function of the rotational speed;

1c zeigt eine schematische Darstellung der Ermittlung des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik; 1c shows a schematic representation of the determination of the deceleration torque of an electrical machine according to the prior art;

2a zeigt eine mit einem Freilauf an eine Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung; 2a shows a coupled with a freewheel to an internal combustion engine electric machine in a schematic representation;

2b zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Verzögerungsmoments einer elektrischen Maschine; 2 B shows a schematic representation of a method according to the invention for determining the deceleration torque of an electrical machine;

2c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Phasenspannung sowie die hieraus abgeleitete Drehzahl; 2c shows a time course of a phase voltage and the speed derived therefrom;

3a zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer elektrischen Maschine sowie den zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine ohne Last der elektrischen Maschine; 3a shows a time course of a rotational speed of an electric machine and the time course of a rotational speed of an internal combustion engine without load of the electric machine;

3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer elektrischen Maschine unter Last und den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Brennkraftmaschine; 3b shows the time course of the rotational speed of an electric machine under load and the time course of the rotational speed of an internal combustion engine;

4 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Drehzahlverläufe einer elektrischen Maschine mit unterschiedlicher Lastbeaufschlagung; 4 shows a schematic representation of the speed characteristics of an electric machine with different load application;

5 zeigt eine zeitliche Gegenüberstellung unterschiedlicher an einer elektrischen Maschine anliegenden Drehmomente bei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine. 5 shows a temporal comparison of different torque applied to an electric machine torques at different loads of the electric machine.

In 1a ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes System aus einem Kraftfahrzeugbordnetz 10 und einer mittels eines Freilaufelements 11 an eine Brennkraftmaschine 12 gekoppelten elektrischen Maschine 14 gezeigt, wobei die elektrische Maschine 14 das Kraftfahrzeugbordnetz 10 mit Energie speist. Die elektrische Maschine 14 wird mittels eines Kopplungselements 16 – typischerweise ein Riementrieb – angetrieben, wobei das Kopplungselement 16 auf Seiten der Brennkraftmaschine 12 an einer Kurbelwelle 17 und auf Seiten der elektrischen Maschine 14 an einer mit dem Freilauf 11 versehenen Rolle festgelegt ist. Zur Regelung der Spannung im Bordnetz 10 ist eine Recheneinheit 18 in Form eines Reglers 20 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes 10 den Erregerstrom I_Err der elektrischen Maschine 14 entsprechend einregelt. In 1a is a known from the prior art system of a motor vehicle electrical system 10 and one by means of a freewheeling element 11 to an internal combustion engine 12 coupled electric machine 14 shown, the electric machine 14 the motor vehicle electrical system 10 fed with energy. The electric machine 14 is by means of a coupling element 16 - Typically a belt drive - driven, wherein the coupling element 16 on the part of the internal combustion engine 12 on a crankshaft 17 and on the part of the electric machine 14 at one with the freewheel 11 provided roll is fixed. For controlling the voltage in the electrical system 10 is an arithmetic unit 18 in the form of a regulator 20 provided, depending on the voltage of the electrical system 10 the excitation current I _Err the electric machine 14 adjusted accordingly.

Durch eine Veränderung des Erregerstroms I_Err verändert sich die Last der elektrischen Maschine 14 und damit deren Verzögerungsmoment, das durch ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine 12 zu überwinden ist, um einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zu gewährleisten. Dies kann jedoch insbesondere bei Betriebszuständen, in denen sich die Brennkraftmaschine in einem Zustand befindet, der sensibel auf Störungen reagiert – wie zum Beispiel dem Leerlaufzustand – nachteilige Folgen haben, da hierdurch bei kurzzeitigen Veränderungen des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 ein enormer Regelbedarf der Brennkraftmaschine 12 durch ein Motorsteuergerät 22 entsteht. By changing the excitation current I _Err , the load of the electric machine changes 14 and thus their deceleration torque, by a corresponding torque of the internal combustion engine 12 is to be overcome to ensure trouble-free operation of the internal combustion engine 12 to ensure. This can, however, especially in operating conditions in which the internal combustion engine is in a state that is sensitive to disturbances - such as the idle state - have adverse consequences, as a result of short-term changes in the deceleration torque of the electric machine 14 an enormous need for control of the internal combustion engine 12 through an engine control unit 22 arises.

Dies ist beispielsweise in 1b abgebildet. Hier ist die elektrische Leistung der elektrischen Maschine (gestrichelt), die mechanische Leistung der elektrischen Maschine (gepunktet) und die Drehmomentaufnahme (durchgezogene Linie) der elektrischen Maschine exemplarisch gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Drehmomentaufnahme der elektrischen Maschine 14 gerade im Drehzahlbereich um den Leerlaufbetrieb ca. 800 U/min ein lokales Maximum aufweist, was gerade den Bereich um den Leerlaufbetrieb für die Brennkraftmaschine 12 besonders regelintensiv macht. Es kann vorkommen, dass das Motorsteuergerät 22 nicht mehr in der Lage ist, die Brennkraftmaschine 12 entsprechend einzuregeln, wodurch durch eine sprunghafte Vergrößerung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 14 die Brennkraftmaschine abgewürgt werden kann. This is for example in 1b displayed. Here, the electrical power of the electric machine (dashed), the mechanical power of the electric machine (dotted) and the torque absorption (solid line) of the electric machine is shown by way of example. Here it can be seen that the torque absorption of the electric machine 14 just in the speed range around the idle mode about 800 U / min has a local maximum, which is just the range around the idle mode for the internal combustion engine 12 makes it particularly rule-intensive. It may happen that the engine control unit 22 no longer capable of the internal combustion engine 12 regulate accordingly, which by a sudden increase in the deceleration torque of the electric machine 14 the internal combustion engine can be strangled.

Um dies zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 mittels des Motorsteuergeräts 22 entsprechend regeln zu können, wird im Stand der Technik das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 auf Grundlage des Erregerstroms I_Err und der Drehzahl der elektrischen Maschine geschätzt. Dies ist jedoch sehr ungenau, da alle Verlustleistungskomponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise betreffend den Ständer P_st, die Eisenverluste P_E, die Rotorverluste P_Ro, die Lüfterverluste P_vent, und die Lagerverluste P_La lediglich geschätzt werden können (vergleiche 1c). All diese Zustandsgrößen müssen für eine Abschätzung des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine für die jeweiligen Betriebszustände in einem Kennfeld hinterlegt werden, was ein solches Verfahren zudem sehr aufwendig macht. Aufgrund der Schätzung einer Vielzahl der das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 14 beeinflussenden Faktoren ist dieses Verfahren zudem für viele Anwendungen nicht ausreichend genau. To prevent this and the internal combustion engine 12 by means of the engine control unit 22 To be able to regulate accordingly, in the prior art, the deceleration torque of the electric machine 14 estimated based on the excitation current I _Err and the speed of the electric machine. However, this is very inaccurate, since all power loss components of the electric machine, for example with respect to the stator P _st , the iron losses P _E , the rotor losses P _Ro , the fan losses P _vent , and the bearing losses P _{La can} only be estimated (see 1c ). All of these state variables must be stored in a map for an estimate of the deceleration torque of the electrical machine for the respective operating states, which also makes such a method very expensive. Due to the estimation of a variety of the deceleration torque of the electric machine 14 In addition, this method is not sufficiently accurate for many applications.

In 2 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines Verzögerungsmoments M einer elektrischen Maschine anhand der in 2a dargestellten, mit einem Freilaufelement 111 an eine Brennkraftmaschine 112 gekoppelten elektrischen Maschine 114 gezeigt, die mittels eines Kopplungselements 116 von der Brennkraftmaschine 112 angetrieben wird. Die Kombination aus elektrischer Maschine 114 und Brennkraftmaschine 112, wie sie in 2 abgebildet ist, ist in weiten Teilen der in 1 gezeigten Kombination ähnlich, weshalb teilweise für gleiche bzw. vergleichbare Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet wurden und die Funktion und Lage der einzelnen Elemente entsprechend identisch ist.In 2 is a method according to the invention for determining a deceleration torque M of an electric machine with reference to the in 2a illustrated, with a freewheeling element 111 to an internal combustion engine 112 coupled electric machine 114 shown by means of a coupling element 116 from the internal combustion engine 112 is driven. The combination of electric machine 114 and internal combustion engine 112 as they are in 2 is mapped in much of the 1 similar combination shown why partially the same reference numerals have been used for the same or comparable elements and the function and location of the individual elements is identical accordingly.

Das Kopplungselement 116 ist motorseitig mit der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine 112 gibt bedingt durch die Arbeitstakte der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 112 das Drehmoment impulsartig an die Kurbelwelle 117 ab. Mit der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 geht ein Abrieb des Kopplungselements 116 einher, der durch das an der elektrischen Maschine 114 vorgesehene Freilaufelement 111 gelindert wird.The coupling element 116 is the engine side with the crankshaft 117 the internal combustion engine 112 operatively connected. The internal combustion engine 112 are due to the working cycles of the respective cylinder of the internal combustion engine 112 the torque pulses to the crankshaft 117 from. With the impulsive torque output of the internal combustion engine 112 goes an abrasion of the coupling element 116 accompanied by that on the electric machine 114 provided freewheeling element 111 is alleviated.

Die elektrische Maschine 114 weist zudem noch eine Recheneinheit, vorzugsweise einen Regler 120, auf, der durch Vorgabe eines Erregerstroms I_Err die an das Kraftfahrzeugbordnetz 119 eingespeiste Energie regelt. Zum Erfassen und Übertragen von Daten mit einer Motorsteuereinheit 122 kann zudem eine Kommunikationsverbindung 124 vorgesehen sein (gestrichelt dargestellt). Der Regler 120 ist zudem dazu vorgesehen, das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Ermitteln des Verzögerungsmomentes M der elektrischen Maschine 114 durchzuführen. Das Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine 114 wird auf physikalischen Zustandsgrößen, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt.The electric machine 114 also has a computing unit, preferably a controller 120 , on, by specifying an excitation current I _Err the to the motor vehicle electrical system 119 fed energy regulates. For collecting and transmitting data with an engine control unit 122 can also have a communication connection 124 be provided (shown in phantom). The regulator 120 is also intended to the method described below for determining the deceleration torque M of the electric machine 114 perform. The decelerating torque M of the electric machine 114 is determined on physical state variables as described below.

Die inhärente Massenträgheit eines Körpers, vorliegend der Läufer der elektrischen Maschine 114, wird beschrieben über den Drehimpuls der rotierenden Massen L = ω × J, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Läufers und J dessen Trägheitsmoment ist. Das Trägheitsmoment ist im Wesentlichen abhängig von der Masse und der Geometrie des Läufers. Diese Größen sind grundsätzlich für jeden Läufer, der in eine elektrische Maschine eingebaut wird, ohne weiteres ermittelbar. Das Trägheitsmoment des Läufers verändert sich in erster Näherung während eines Betriebs der elektrischen Maschine nicht wesentlich und kann somit als konstante Größe beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden. Das Drehmoment ist allgemein definiert als zeitliche Ableitung des Drehimpulses. The inherent inertia of a body, in this case the rotor of the electric machine 114 , is described about the angular momentum of the rotating masses L = ω × J, where ω is the angular velocity of the rotor and J is its moment of inertia. The moment of inertia is essentially dependent on the mass and the geometry of the rotor. These variables are basically for each runner, which is installed in an electric machine, readily ascertainable. The moment of inertia of the rotor does not substantially change in a first approximation during operation of the electric machine and can thus be stored as a constant variable, for example in a characteristic field. The torque is generally defined as the time derivative of the angular momentum.

Die Zustandsgleichung aller im System der Brennkraftmaschine 112 und elektrischen Maschine 114 vorhandenen Drehmomente ergibt sich durch die Summe aller anliegenden Drehmomente, wobei diese durch M_BkM + M_Gen + d/dt ω × J = 0 gegeben ist.The equation of state of all in the system of the internal combustion engine 112 and electric machine 114 existing torques results from the sum of all applied torques, these by M _BkM + M _Gen + d / dt ω × J = 0 given is.

Das Drehmoment des Antriebs M_BkM, also der Teil des Drehmoments der Brennkraftmaschine 112, der über den Riemen an die elektrische Maschine übermittelt wird, ist nicht ohne Weiteres ermittelbar. Hier macht man sich zunutze, dass aufgrund der impulsartigen Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 112 eine Welligkeit der Drehzahl entsteht, bei der die elektrische Maschine 114 mehr oder weniger regelmäßig angeordnete Freilaufphasen Ph_fl aufweist, die von Antriebsphasen Ph_ant der Brennkraftmaschine unterbrochen werden (vgl. 3). Während diesen Freilaufphasen Ph_fl ist die elektrische Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt (M_BkM = 0) und die Drehmomentgleichung vereinfacht sich entsprechend:
M_Gen + d/dt ω × J = 0, beziehungsweise M_Gen = –d/dt ω × J.The torque of the drive M _BkM , ie the part of the torque of the internal combustion engine 112 , which is transmitted via the belt to the electric machine, is not readily determinable. Here you make use of that due to the pulse-like torque output of the internal combustion engine 112 a ripple of speed arises at which the electric machine 114 more or less regularly arranged freewheeling phases Ph _fl which are interrupted by drive phases Ph _{ant of} the internal combustion engine (see. 3 ). During these freewheeling phases Ph _fl is the electric machine 114 from the internal combustion engine 112 decoupled (M _BkM = 0) and the torque _{equation is} simplified accordingly:
M _gene + d / dt ω × J = 0, or M _gene = -d / dt ω × J.

Damit kann durch Ermittlung der Drehzahl im Zeitbereich einer Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 direkt das anliegende Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden, das summarisch über magnetische Kräfte, Reibungsverluste, aerodynamische Verluste, usw. beeinflusst wird.This can be determined by determining the speed in the time domain of a freewheeling phase of the electric machine 114 directly the applied deceleration torque of the electric machine 114 summarily determined by magnetic forces, frictional losses, aerodynamic losses, etc.

Da die elektrische Maschine 114 mittels des Reglers 120 die jeweilige Momentandrehzahl über das an der elektrischen Maschine 114 anliegende Phasensignal 121, insbesondere in Form einer Phasenspannung 121a bzw. eines Phasenstroms ermitteln kann, ist die elektrische Maschine 114 bzw. der Regler 120 dazu eingerichtet, die Zeitperioden des Freilaufs entsprechend zu erkennen und aus dem jeweiligen Drehmomentverlauf im Zustand Freilauf Ph_Fl das jeweilige Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. As the electric machine 114 by means of the regulator 120 the respective instantaneous speed over that on the electric machine 114 applied phase signal 121 , in particular in the form of a phase voltage 121 or a phase current, is the electric machine 114 or the controller 120 configured to detect the time periods of the freewheel according to and from the respective torque curve in the state freewheel Ph _Fl the respective deceleration torque of the electric machine 114 to investigate.

Die Ermittlung der Drehzahl 122 erfolgt über das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 und ist schematisch in 2c dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 auch auf anderem Wege, beispielsweise anhand eines Drehzahlsensors ermittelt werden kann. Die Drehzahl 122 der elektrischen Maschine 114 und die Drehzahl (n_Gen), können auf Basis der Beschreibung analog verwendet werden.The determination of the speed 122 takes place via the phase signal 121 the electric machine 114 and is schematic in 2c shown. It is understood, however, that the speed of the electric machine 114 can also be determined in other ways, for example by means of a speed sensor. The speed 122 the electric machine 114 and the speed (n _Gen ) can be analogously used based on the description.

Die Ermittlung des Drehzahlsignals 122 aus einem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 ist in 2c näher beschrieben. Bei dem Phasensignal 121 handelt es sich vorliegend um eine der Phasenspannungen 121a der elektrischen Maschine. Es versteht sich, dass hierzu grundsätzlich jede beliebige Phasenspannung einer oder mehrerer Phasen der elektrischen Maschine 114, aber auch die jeweiligen Phasenströme verwendbar sind, um hieraus das Drehzahlsignal der elektrischen Maschine 114 zu ermitteln. Bei Verwendung von mehr als einer Phasenspannung kann eine entsprechend höhere zeitliche Auflösung des Drehzahlsignals erreicht werden (nicht dargestellt).The determination of the speed signal 122 from a phase signal 121 the electric machine 114 is in 2c described in more detail. At the phase signal 121 this is one of the phase voltages 121 the electric machine. It is understood that in principle any desired phase voltage of one or more phases of the electrical machine 114 , But also the respective phase currents are usable, in order therefrom the speed signal of the electric machine 114 to investigate. When using more than one phase voltage, a correspondingly higher temporal resolution of the speed signal can be achieved (not shown).

Die Phasenspannung 121a verläuft bei einem Generator mit Stromabgabe in erster Näherung rechteckförmig. An diesem Signal der Phasenspannung 121a kann eine mittlere Phasenzeit T_Phase erfasst werden, wobei diese sich am besten an den steilen Flanken der Phasenspannung 121a ermitteln lässt. Die Generatordrehzahl ergibt sich demnach aus der Formel: n_Gen = 60/(T_PHASE·PPZ), wobei n_Gen die Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in Umdrehungen pro Minute ist und PPZ die Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114. The phase voltage 121 runs in a generator with current output in the first approximation rectangular. At this signal of the phase voltage 121 For example, a mean phase time T _{phase can be} detected, these being best on the steep slopes of the phase voltage 121 can be determined. The generator speed thus results from the formula: n _gene = 60 / (T _PHASE × PPZ), where n _{gene is} the speed of the electric machine 114 in revolutions per minute and PPZ is the pole pair number of the electric machine 114 ,

Die Kurbelwellendrehzahl bei inaktivem Freilauf – elektrische Maschine wir durch die Brennkraftmaschine getrieben – ergibt sich aus der Formel: n_KW = 60/(T_PHASE·PPZ·Üb), wobei n_kw die Kurbelwellendrehzahl in Umdrehungen pro Minute ist, Üb das Übertragungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle und PPZ die Polpaarzahl des Generators. The crankshaft speed with inactive freewheel - electric machine we driven by the internal combustion engine - results from the formula: n _KW = 60 / (T _PHASE × PPZ × U) where n _{kw is} the crankshaft speed in revolutions per minute, U f is the transmission ratio between the crankshaft and generator shaft and PPZ is the number of pole pairs of the generator.

Die hierzu korrespondierenden Werte der Drehzahl 122 und einer mittleren Drehzahl 122m, die dem Mittelwert der Drehzahl 122 innerhalb eines Zeitintervalls entspricht, sind in 2c ebenfalls als Punkte bzw. als Linie dargestellt. Das Zeitintervall kann insbesondere derart gewählt werden, dass über mehrere Oszillationen gemittelt wird.The corresponding values of the speed 122 and a medium speed 122m , which is the mean of the speed 122 within a time interval, are in 2c also shown as points or as a line. The time interval can in particular be selected such that it is averaged over several oscillations.

Die Drehzahl kann vorzugsweise digital ermittelt werden. Mittels einer Messung der zeitlichen Abstände T_Phase der Amplituden in dem Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114, kann, wie bereits beschrieben, die Momentandrehzahl n_KW ermittelt werden. Sofern Parameter wie Zylinderzahl, Übertragungsverhältnis und Polpaarzahl der elektrischen Maschine 114 im erfassten Zeitraum bekannt sind, kann der Regler 118 eine feste Anzahl von Drehzahlwerten in einem Speicher, zum Beispiel in einem Schieberegister, (nicht dargestellt) einspeichern und zumindest innerhalb eines Schwingungszyklusses jeweils eine maximale und eine minimale Momentandrehzahl ermitteln. Bei den maximalen und minimalen Momentandrehzahlen handelt es sich vorzugsweise um die Peakdrehzahlen im jeweils erfassten Zeitbereich. Die Differenz zwischen diesen Drehzahlen ist ein Maß für das durch die Brennkraftmaschine 112 abgegebene Drehmoment. Zur genauen Ermittlung von T_Phase ist es vorteilhaft, eine hohe zeitliche Auflösung um den Mittelwert von T_Phase zu gewährleisten. Hierbei kann für eine bessere Auflösung die Drehzahl auf Basis der ansteigenden und abfallenden Flanken der Phasenspannung 121a ermittelt werden. Im Speicher können grundsätzlich beliebig viele Drehzahlwerte erfasst werden, wobei jedoch etwa ein ganzer Zyklus einer Schwingung für eine Auswertung erfasst werden sollte.The speed can preferably be determined digitally. By means of a measurement of the time intervals T _{phase of} the amplitudes in the phase signal 121 the electric machine 114 , as already described, the instantaneous speed n _KW can be determined. If parameters such as number of cylinders, transmission ratio and pole pair number of the electric machine 114 known in the recorded period, the controller 118 storing a fixed number of rotational speed values in a memory, for example in a shift register (not shown), and determining a maximum and a minimum instantaneous rotational speed at least within one oscillation cycle. The maximum and minimum instantaneous speeds are preferably the peak speeds in the respectively recorded time range. The difference between these speeds is a measure of that by the internal combustion engine 112 delivered torque. For accurate determination of T _phase , it is advantageous to ensure a high temporal resolution around the mean of T _phase . Here, for a better resolution, the speed based on the rising and falling edges of the phase voltage 121 be determined. In principle, any number of rpm values can be detected in the memory, although approximately one complete cycle of a vibration should be recorded for an evaluation.

Um darzustellen, dass die Abtastrate des Generators ausreichend ist, um die Drehzahl 122 und insbesondere die der Drehzahl überlagerten Oszillationen entsprechend aufzulösen, sollen nachfolgend die Verhältnisse der entsprechenden Frequenzen betrachtet und mit dem Nyquist-Kriterium abgeglichen werden. Das Nyquist-Kriterium fordert, dass f_el/f_moment >= 2. Bezogen auf die Motordrehzahl ergibt sich die Generatorfrequenz bei inaktivem Freilauf, d.h. starrer Kopplung der elektrischen Maschine mit der Brennkraftmaschine, bzw. die Frequenz der elektrischen Maschine mit f_el = n_KW/60·Üb·PPZ, wobei n_KW die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. To show that the sampling rate of the generator is sufficient for the speed 122 and in particular to resolve the oscillations superimposed on the rotational speed correspondingly, the ratios of the corresponding frequencies are to be considered below and compared with the Nyquist criterion. The Nyquist criterion requires that f _el / f _moment > = 2. Relative to the engine speed results in the generator frequency at inactive freewheel, ie rigid coupling of the electric machine with the internal combustion engine, or the frequency of the electric machine with f _el = n _KW / 60 · Üb · PPZ, where n _{KW is} the speed of the internal combustion engine.

In Kombination mit der Gleichung für f_moment = n_KW/60·Zylinderzahl/2 ergibt sich f_el/f_moment = 2·Üb·PPZ/Zylinderzahl. In combination with the equation for f _moment = n _KW / 60 · number of cylinders / 2 results f _el / f _moment = 2 · Üb · PPZ / number of cylinders.

Damit ergibt sich beispielsweise für Üb = 3, PPZ = 6, Zylinderzahl = 4, dass der Quotient f_el/f_moment = 9 ist. Selbst bei sehr großen hochzylindrigen Motoren, beispielsweise eines 12-Zylinder-Motors, beträgt das Verhältnis f_el/f_moment = 3, wobei auch hier das Nyquist-Abtastkriterium stets erfüllt ist. Thus, for example, for U n = 3, PP Z = 6, number of cylinders = 4, the quotient f _el / f _moment = 9 results. Even with very large high-cylinder engines, for example, a 12-cylinder engine, the ratio f _el / f _moment = 3, where also the Nyquist sampling criterion is always met.

In 3 ist der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine 112 (gestrichelte Linie) und der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 114 (durchgezogene Linie) mit zwei unterschiedlichen Lasten der elektrischen Maschine 114 im ersten Fall ohne eine an der elektrischen Maschine anliegenden Last (3a) und mit einer an der elektrischen Maschine anliegenden Last (3b) dargestellt. In 3 is the speed curve of the internal combustion engine 112 (dashed line) and the speed curve of the electric machine 114 (solid line) with two different loads of the electric machine 114 in the first case without a load applied to the electrical machine ( 3a ) and with a load applied to the electrical machine ( 3b ).

Die unterschiedlichen Lasten an der elektrischen Maschine 114 gehen zwangsläufig mit unterschiedlichen Verzögerungsmomenten der elektrischen Maschine 114 einher. Dies ist daran zu erkennen, dass im Zeitbereich einer Freilaufphase Ph_fl der Gradient der abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine ohne Last (vgl. 3a) deutlich geringer ist, als der Gradient der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit Last (vgl. 3b). Bei einer ansteigenden Flanke 126 der Drehzahl 122 ist ein vergleichbares Verhalten nicht zu beobachten. Die Last und damit das Verzögerungsmoment M_Gen der elektrischen Maschine 114 kann demnach durch eine das Verzögerungsmoment M_Gen beeinflussende Stellgröße geregelt werden. Eine derartige Stellgröße ist beispielsweise der Erregerstrom I_Err. Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten in einer Freilaufphase Ph_fl kann somit beispielsweise dazu benutzt werden, um eine Freilaufphase Ph_fl zu erkennen.The different loads on the electric machine 114 inevitably go with different deceleration moments of the electric machine 114 associated. This can be seen from the fact that in the time domain of a freewheeling phase Ph _fl the gradient of the falling edge 124 the speed 122a the electric machine without load (see. 3a ) is significantly lower than the gradient of the speed 122b the electric machine 114 with load (cf. 3b ). On a rising edge 126 the speed 122 a similar behavior is not observed. The load and thus the deceleration moment M _{Gen of} the electric machine 114 Accordingly, it can be regulated by a manipulated variable influencing the deceleration moment M _gene . Such a manipulated variable, for example, the excitation current I _Err . The load-sensitive behavior of the rotational speed gradient in a freewheeling phase Ph _fl can thus be used, for example, to detect a freewheeling phase Ph _fl .

Das lastsensitive Verhalten des Drehzahlgradienten 122a, 122b im Zeitbereich einer abfallenden Flanke 124 der Drehzahl 122 ist insbesondere in einer Freilaufphase Ph_fl signifikant, da in diesem Fall die elektrische Maschine von den bewegten Massen der Brennkraftmaschine 112 entkoppelt ist.The load-sensitive behavior of the speed gradient 122a . 122b in the time domain of a falling edge 124 the speed 122 is in particular in a freewheeling phase Ph _fl significant, since in this case the electric machine of the moving masses of the internal combustion engine 112 is decoupled.

Darüber hinaus kann durch eine Reduzierung der das Verzögerungsmoment M_Gen beeinflussenden Stellgröße, mithin bis auf null, alle von der jeweiligen Stellgröße abhängigen Verlustleistungskomponenten, die wiederum das Verzögerungsmoment M_Gen beeinflussen, minimiert bzw. eliminiert werden, wodurch Defekte der elektrischen Maschine 114, wie zum Beispiel Defekte des Generatorlagers der elektrischen Maschine 114 bzw. des Freilaufs 111 ermittelbar sind. Hierbei sind sowohl graduelle Verschlechterungen der jeweiligen Lager bzw. des Freilaufs, aber auch ein vollständiger Defekt – blockierter Freilauf – grundsätzlich ermittelbar. In addition, by reducing the deceleration moment M _Gen influencing manipulated variable, thus to zero, all dependent on the respective manipulated variable power loss components, which in turn affect the deceleration torque M _gene , are minimized or eliminated, causing defects of the electric machine 114 , such as defects of the generator bearing of the electric machine 114 or the freewheel 111 can be determined. In this case, both gradual deterioration of the respective bearings or the freewheel, but also a complete defect - blocked freewheel - basically can be determined.

Die Freilaufphase in der elektrischen Maschine 114 können entweder wie zuvor bereits beschrieben, über eine Veränderung einer das Verzögerungsmoment M_Gen beeinflussenden Stellgröße, aber auch anderweitig ermittelt werden. Eine Möglichkeit bietet hier beispielsweise eine Bestimmung der Freilaufphasen aus Erfahrungswerten, bei der ermittelt wird, ob im Leerlauf der Brennkraftmaschine 112 der Freilauf 111 der elektrischen Maschine 114 aktiv ist. Diese Informationen können beispielsweise im Motorsteuergerät 122 hinterlegt werden und über die Kommunikationsschnittstelle 124 an den Regler übermittelt werden, welcher daraufhin eine Bestimmung M des Verzögerungsmoments der elektrischen Maschine 114 veranlassen kann. The freewheeling phase in the electric machine 114 can either be determined as described above, via a change of the delay moment M _gene affecting control variable, but also elsewhere. One possibility here is, for example, a determination of the freewheeling phases based on empirical values, in which it is determined whether, when the internal combustion engine is idling 112 the freewheel 111 the electric machine 114 is active. This information can, for example, in the engine control unit 122 be deposited and via the communication interface 124 are transmitted to the controller, which then a determination M of the deceleration torque of the electric machine 114 can cause.

Eine weitere Möglichkeit bietet der Vergleich der ansteigenden Flanken der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in der Antriebsphase Ph_Ant und der abfallenden Flanke der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 in der Freilaufphase Ph_FL. Wie in den 3a und 3b deutlich zu erkennen ist, sind die ansteigenden Flanken in der Antriebsphase und die abfallenden Flanken in der Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 stets asymmetrisch zu den jeweiligen Maxima und Minima im Drehzahlverlauf. Anhand dieser charakteristischen und asymmetrischen Verlaufs der Drehzahl kann der Freilaufzustand Ph_FL beziehungsweise der Antriebszustand Ph_Ant der elektrischen Maschine 114 ermittelt werden.Another possibility is the comparison of the rising edges of the speed of the electric machine 114 in the drive phase Ph _Ant and the falling edge of the speed of the electric machine 114 in the freewheel phase Ph _FL . As in the 3a and 3b can be clearly seen, the rising edges in the drive phase and the falling edges in the freewheeling phase of the electric machine 114 always asymmetrical to the respective maxima and minima in the speed curve. On the basis of this characteristic and asymmetrical course of the rotational speed, the freewheeling state Ph _FL or the driving state Ph _{Ant of} the electric machine can be determined 114 be determined.

Eine noch weitere Möglichkeit die Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 zu erfassen, ist ein Vergleich der aktuellen Drehzahl der Kurbelwelle 117 mit der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine 114. Aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen in der Freilaufphase der elektrischen Maschine 114 ist auch zwischen Vorgängen, bei denen der Freilauf 117 lediglich zeitweise aktiv ist, und Vorgängen bei denen der Freilauf nicht aktiv ist, ein Unterschied in der Drehzahl erkennbar. Dies lässt sich insbesondere durch das Übertragungsverhältnis des Riementriebs zwischen Kurbelwelle 117 und der elektrischen Maschine 114 ermitteln, wobei hierbei das Übertragungsverhältnis ÜB bei einer Zwangskopplung der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zugrunde gelegt wird. Dies ergibt sich aus dem Verhältnis der Drehzahlen der elektrischen Maschine 114 bzw. der Brennkraftmaschine 112, n_Gen/n_Bkm = Üb. Dieses Übertragungsverhältnis kann als Konstante beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt werden und zum Abgleich herangezogen werden. In einer Antriebsphase Ph_Ant entspricht das Übertragungsverhältnis stets dem angegebenen Wert. Ist jedoch der Freilauf aktiv, ist der Quotient aus der Drehzahl der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 größer als das hinterlegte Übertragungsverhältnis, wodurch auf einen aktiven Freilauf geschlossen werden kann. Die mittlere Kurbelwellendrehzahl bzw. die mittlere Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 kann anhand der Daten des Motorsteuergeräts 122 bereitgestellt und mittels der Kommunikationsverbindung 124 an den Regler 120 der elektrischen Maschine 114 übermittelt werden, der die jeweiligen Freilaufanteile bzw. Freilaufphasen Ph_FL entsprechend festlegt.Yet another way the freewheeling phase of the electric machine 114 to capture is a comparison of the current speed of the crankshaft 117 with the current speed of the electric machine 114 , Due to the different speeds in the freewheeling phase of the electric machine 114 is also between operations where the freewheel 117 is only temporarily active, and operations in which the freewheel is not active, a difference in the speed recognizable. This is in particular due to the transmission ratio of the belt drive between the crankshaft 117 and the electric machine 114 determine, in which case the transmission ratio UB in a forced coupling of the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 is taken as a basis. This results from the ratio of the rotational speeds of the electric machine 114 or the internal combustion engine 112 , n _Gen / n _Bkm = Üb. This transmission _ratio can be stored as a constant, for example in a map and used for comparison. In a drive phase Ph _Ant , the transmission ratio always corresponds to the specified value. However, if the freewheel is active, the quotient of the speed of the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 greater than the stored transmission ratio, which can be concluded that an active freewheel. The mean crankshaft speed or the average speed of the internal combustion engine 112 can be based on the data of the engine control unit 122 provided and by means of the communication link 124 to the controller 120 the electric machine 114 be transmitted, which determines the respective freewheeling shares or freewheeling phases Ph _FL accordingly.

In einem weiteren Verfahren kann das Vorhandensein von Freilaufphasen Ph_FL der elektrischen Maschine 114 auch dadurch bestimmt werden, dass lediglich die mittlere Drehzahl der Kurbelwelle 117 der Brennkraftmaschine 112 mit der mittleren Drehzahl der elektrischen Maschine 114 verglichen werden. Sofern das Verhältnis der Drehzahlen größer ist als der Übertragungsfaktor Üb liegen Zeitanteile mit einem aktivierten Freilauf vor, wobei die Freilaufphasen zu Zeiten mit sinkenden Drehzahlen anliegen.In another method, the presence of free-wheeling phases Ph _{FL of} the electric machine 114 also be determined by the fact that only the average speed of the crankshaft 117 the internal combustion engine 112 with the average speed of the electric machine 114 be compared. If the ratio of the speeds is greater than the transmission factor Üb are time shares with an activated freewheel, the freewheeling phases are present at times with decreasing speeds.

Eine weitere Möglichkeit das Vorhandensein von Freilaufphasen Ph_FL zu erkennen, besteht darin, den Minimalen Drehzahlwert der Brennkraftmaschine 112 mit dem minimalen Drehzahlwert der elektrischen Maschine 114 ins Verhältnis zu setzen. Sofern das Verhältnis der Drehzahlen größer ist als der Übertragungsfaktor Üb müssen Zeitanteile mit einem aktivierten Freilauf vorliegen, wobei Freilaufphasen zu Zeiten mit sinkenden Drehzahlen vorliegen, genauer zu den Zeiten mit dem größten negativen Drehzahlabfall. Gleichermaßen können auch vom Übertragungsfaktor abhängige Größen wie die Frequenz eines Phasensignals der elektrischen Maschine 112 herangezogen werden und mit einem entsprechenden Referenzwert verglichen werden.Another way to detect the presence of freewheeling phases Ph _FL , is the minimum speed value of the internal combustion engine 112 with the minimum speed value of the electric machine 114 to put into relationship. If the ratio of the rotational speeds is greater than the transmission factor Ub, there must be time components with an activated freewheel, with freewheeling phases occurring at times with decreasing rotational speeds, more precisely at times with the greatest negative rotational speed drop. Likewise, variables dependent on the transmission factor, such as the frequency of a phase signal of the electric machine, can also be used 112 are used and compared with a corresponding reference value.

In einer weiteren Ausprägung wäre vorausgesetzt, dass Freilaufphasen in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, z.B. Leerlauf regelmäßig auftreten. Durch Übertragung dieses Betriebszustandes vom Motorsteuergerät an den Regler kann dieser auf das Vorhandensein von Freilaufphasen schließen. Die Freilaufphasen befinden sich dann wiederum in den Zeitbereichen mit max. negativem Drehzahlgradienten.In a further embodiment, it would be assumed that coasting phases in certain operating states of the internal combustion engine, e.g. Idling regularly occur. By transferring this operating state from the engine control unit to the controller, this can infer the presence of freewheeling phases. The freewheeling phases are then again in the time ranges with max. negative speed gradient.

In 4 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine 112 (durchgezogene Linie) der Drehzahlverlauf 122a der elektrischen Maschine 114 bei einer ersten Last (gepunktete Linie) und der Drehzahlverlauf 122b der elektrischen Maschine 114 bei einer zweiten, im Vergleich zur ersten Last vergrößerten Last der elektrischen Maschine, dargestellt. Hieran soll nochmals verdeutlicht werden, dass das Verzögerungsmoment der elektrischen Maschine 114 durch den Gradienten des Drehzahlabfalls in einer Freilaufphase Ph_FL der elektrischen Maschine 114 ermittelbar ist.In 4 is the time course of the speed of the internal combustion engine 112 (solid line) the speed curve 122a the electric machine 114 at a first load (dotted line) and the speed curve 122b the electric machine 114 at a second, compared to the first load increased load of the electric machine shown. This is to make it clear again that the deceleration torque of the electric machine 114 by the gradient of the speed drop in a freewheeling phase Ph _{FL of} the electric machine 114 can be determined.

In 5 sind der Drehzahlverlauf aus 4 mit der Drehzahl n_Bkm·ÜB der Brennkraftmaschine 112 und der Drehzahl 122a der elektrischen Maschine 113 mit einer ersten Last und der Drehzahl 122b der elektrischen Maschine 114 mit einer zweiten Last gezeigt. Dem gegenüber gestellt, sind die entsprechenden durch die elektrische Maschine bewirkten Verzögerungsmomente M₁ und M₂ (gepunktet dargestellt), wobei M₁ der geringeren und M₂ der höheren Last zugeordnet ist. Als gestrichelte Linie sind noch die an der elektrischen Maschine 114 anliegenden Gesamtdrehmomente M_G1 und M_G2 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beim Entkoppeln der elektrischen Maschine 114 von der Brennkraftmaschine 112 in den Freilaufphasen Ph_FL diese auf das jeweilige Niveau der Verzögerungsmomente M₁ bzw. M₂ abfällt und beim Wiedereingriff der Brennkraftmaschine 112 wieder entsprechend sprunghaft ansteigt. Somit entspricht das in den Freilaufphasen Ph_FL anliegende Drehmoment genau dem Verzögerungsmoment M, während in den Antriebsphasen Ph_An das Verzögerungsmoment des Generators zwar gleich bleibt aber durch ein hohes Gegenmoment an der Welle gegenkompensiert wird. Des Weiteren ist noch das Phasensignal 121 der elektrischen Maschine 114 dargestellt, mit dem die jeweiligen Drehzahlsignale abgetastet werden. In 5 are the speed history off 4 with the speed n _Bkm · ÜB the internal combustion engine 112 and the speed 122a the electric machine 113 with a first load and the speed 122b the electric machine 114 shown with a second load. In contrast, the corresponding delay moments M ₁ and M ₂ caused by the electric machine are shown (shown in dotted lines), where M _{1 is assigned to} the lower load and M _{2 to} the higher load. As a dashed line are still on the electric machine 114 applied total torques M _G1 and M _G2 , wherein it can be seen that when decoupling the electric machine 114 from the internal combustion engine 112 in the freewheeling phases Ph _FL this falls to the respective level of the deceleration torques M ₁ and M ₂ and the re-engagement of the internal combustion engine 112 increases again accordingly leaps and bounds. Thus, the torque applied in the freewheeling phases Ph _FL exactly corresponds to the decelerating torque M, while in the drive phases Ph _An the deceleration torque of the generator remains the same but is counter-compensated by a high counter-torque on the shaft. Furthermore, there is the phase signal 121 the electric machine 114 represented, with which the respective speed signals are sampled.

In den Antriebsphasen Ph_Ant der elektrischen Maschine ist mehr Drehmoment anliegend als aktuell benötig wird. Dieses überschüssige Drehmoment wird in Form eines Drehzahlanstiegs im Drehimpuls zwischengespeichert. Da dieses anliegende Drehmoment mit den zur Verfügung stehenden Messmitteln nicht sinnvoll erkannt werden kann, ist die Messung des Verzögerungsmoments M der elektrischen Maschine 114 lediglich im Freilauf möglich. Die vorliegenden Daten basieren auf den typischen Zeitverhältnissen für einen Vier-Zylindermotor mit einem Übertragungsverhältnis zwischen elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine von 3 am Riementrieb 116 und einer Polpaarzahl von 8 an der elektrischen Maschine 114. Bei einer starren Kopplung (kein aktiver Freilauf) zwischen der Brennkraftmaschine 112 und der elektrischen Maschine 114 ist die Anzahl der Spannungspulse 121a, beispielsweise zwischen zwei Minima des Drehzahlverlaufs, festgelegt. Sofern die Anzahl der Phasenspannungspulse gegenüber der Anzahl an Phasenspannungspulsen, die für eine starre Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 114 und der Brennkraftmaschine 112 zu erwarten wäre, abweicht, insbesondere sich vergrößert, kann auf das Vorliegen einer Freilaufphase Ph_Fl geschlossen werden. Die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse kann entsprechend, beispielsweise in einem Speicher, hinterlegt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl der zu erwartenden Spannungspulse 121a zwölf, da die Anzahl der Pulse mit einem Übertragungsverhältnis von 3 und einer Polpaarzahl von 8 und einer Zylinderzahl von 4 ermittelt wurde. Dies ist jedoch eine willkürliche Anzahl, die im Wesentlichen vom Übertragungsverhältnis ÜB, der Polpaarzahl sowie der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine 112 abhängig ist. Die Herleitung hierzu ist insbesondere der Beschreibung zu 2c) zu entnehmen. Grundsätzlich versteht sich, dass die angegebenen Zahlenwerte der qualitativen Beschreibung der Erfindung dienen und keine zwingende Einschränkung auf diese Zahlenwerte gegeben ist.In the drive phases Ph _{Ant of} the electric machine is more torque fitting than currently needed. This excess torque is cached in the form of a speed increase in the angular momentum. Since this applied torque can not be meaningfully recognized with the available measuring means, the measurement of the deceleration torque M of the electric machine 114 only possible in free-running. The present data is based on the typical time ratios for a four-cylinder engine with a transmission ratio between the electric machine and the internal combustion engine of 3 on the belt drive 116 and a pole pair number of 8 on the electric machine 114 , In a rigid coupling (no active freewheel) between the internal combustion engine 112 and the electric machine 114 is the number of voltage pulses 121 , For example, between two minima of the speed curve set. If the number of phase voltage pulses with respect to the number of phase voltage pulses, for a rigid coupling between the electric machine 114 and the internal combustion engine 112 would be expected, deviates, in particular increases, it can be concluded that there is a freewheeling phase Ph _Fl . The number of expected voltage pulses can be stored accordingly, for example in a memory. In the present example, the number of expected voltage pulses 121 twelve, since the number of pulses with a transmission ratio of 3 and a pole pair number of 8 and a cylinder number of 4 was determined. However, this is an arbitrary number, which is essentially the transmission ratio UB, the pole pair number and the number of cylinders of the internal combustion engine 112 is dependent. The derivation for this is in particular the description too 2c ) refer to. In principle, it is understood that the numerical values given serve to serve the qualitative description of the invention and that there is no compelling restriction to these numerical values.

Des Weiteren lässt sich durch das Erkennen einer Freilaufphase Ph_Fl und einem Ermitteln des Verzögerungsmoments M_Gen der elektrischen Maschine 114 auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad µ der elektrischen Maschine 114 bestimmen. Der Wirkungsgrad ergibt sich als Quotient der elektrischen Leistung und der mechanischen Leistung, µ = P_el/P_mech. Die elektrische Leistung P_el ist mittels des Erregerstroms I_Err der Drehzahl n_Gen und der Generatorspannung U_Gen z.B. aus einem Kennfeld oder anhand eines Models bestimmbar. Die mechanische Leistung P_mech bestimmt sich aus dem Verzögerungsmoment M der elektrischen Maschine und der Drehzahl n_Gen mit P_mech = 2·Pi·M_Gen·n_Gen. Somit lässt sich auf sehr einfachem Wege der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bestimmen.Furthermore, by detecting a freewheeling phase Ph _Fl and determining the deceleration torque M _{Gen of} the electric machine 114 in a very simple way the efficiency μ of the electric machine 114 determine. The efficiency is calculated as the quotient of the electrical power and the mechanical power, μ = P _el / P _mech . The electric power P _el can be determined by means of the excitation current I _{Err of} the rotational speed n _Gen and the generator voltage U _Gen, for example, from a characteristic field or based on a model. The mechanical power P _{mech is} determined from the deceleration moment M of the electric machine and the speed n _Gen with P _mech = 2 * Pi * M _Gen * n _gene . Thus, the efficiency of the electric machine can be determined in a very simple way.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 100401112 A1 [0005]

Claims

Method for determining a deceleration torque with a freewheel to an internal combustion engine ( 112 ) coupled electric machine ( 114 ), comprising the steps of: a) detecting a time profile of a rotational speed (n _Gen ) of the electric machine ( 114 ); b) determining a freewheeling phase (Ph _Fl ) having operating state of the electric machine ( 114 ); c) determining the deceleration torque (M _Gen ) of the electrical machine ( 114 ) by evaluating the time change of the rotational speed (n _Gen ) of the electrical machine ( 114 ) in the freewheeling phase (Ph _Fl ).

A method according to claim 1, characterized in that in step a) the speed (n _gene ) of the electric machine ( 114 ) from at least one phase signal ( 121 ) of the electric machine ( 114 ), in particular a phase voltage ( 121 ) and / or a phase current of the electric machine ( 114 ), is determined.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that step a) and / or step b) and / or step c) by means of a controller ( 120 ) of the electric machine ( 114 ) is performed.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that prior to detecting the time course of the speed (n _gene ) of the electric machine ( 114 ) a manipulated variable influencing the deceleration moment (M _gene ), preferably the excitation current (I _Err ), is changed.

Method according to Claim 4, characterized in that the manipulated variable influencing the deceleration torque (M _gene ) is reduced to a minimum value, preferably to zero.

A method according to claim 4 or 5, characterized in that by comparing the time course of the rotational speed (n _gene ) of the electric machine ( 114 ) in the freewheeling phase (Ph _Fl ) with a stored time profile of the rotational speed (n _Gen ) of the electric machine ( 114 ) in a freewheeling phase (Ph _Fl ) a defect of the electric machine ( 114 ), preferably a defect of the freewheel ( 111 ), more preferably a defect of the bearing of the electric machine 114 or the fan of the electric machine 114 , is determined.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the freewheeling phase (Ph _Fl ) of the electric machine ( 114 ) is detected by detecting the time dependent on the change in the braking torque of the electrical machine manipulated variable manipulated variable speed (n _gene ).

Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the change of the braking torque of the electric machine ( 114 ) influencing manipulated variable is clocked.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the freewheeling phase (Ph _Fl ) of the electric machine ( 114 by detecting a time interval of the rotational speed (n _Gen ) from the time profile of the rotational speed (n _Gen ) and detecting a characteristic of the free-wheeling state (Ph _Fl ) behavior of the rotational speed (n _Gen ) of the electric machine ( 114 ), wherein the time interval has a maximum speed, a minimum speed and a falling speed edge arranged between the maximum speed and the minimum speed.

A method according to claim 9, characterized in that the time interval is selected such that this additionally has an ascending speed edge, wherein the freewheeling phase (Ph _Fl ) is determined by comparing the ascending speed edge and the descending speed edge.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the freewheeling state (Ph _Fl ) by comparing the rotational speed (n _Gen ) of the electric machine ( 114 ) and the rotational speed (n _BkM ) of the crankshaft ( 117 ) of the internal combustion engine ( 112 ) is determined.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that in a further step d) an efficiency (μ) of the electric machine ( 114 by determining a mechanical power (P _mech ) from the deceleration torque (M _Gen ) and the ratio of the mechanical power (P _mech ) to an electric power (P _el ) of the electric machine ( 114 ), is determined.

Arithmetic unit ( 118 ), in particular regulators ( 120 ) for an electric machine ( 114 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims.

Computer program comprising a computing unit ( 118 ) to perform a method according to any one of the preceding claims, when it on the computing unit ( 118 ) is performed.

A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 14.